小靈通通信基站系統(tǒng)過(guò)電壓及雷擊（浪涌電壓）防護(hù)方案(圖)
2005/7/26 16:49:36
廣州雷迅電子有限公司北京分公司 供稿
概 述
隨著小靈通技術(shù)的發(fā)展愈來(lái)愈成熟，加上單向收費(fèi)、話費(fèi)低廉的優(yōu)勢(shì)，小靈通在內(nèi)地的西安、昆明、蘭州等六十多座城市陸續(xù)開(kāi)通，一度炙手可熱。作為固定電話網(wǎng)的一種延伸，是移動(dòng)網(wǎng)的補(bǔ)充。并且對(duì)移動(dòng)網(wǎng)形成巨大的競(jìng)爭(zhēng)。由于小靈通的服務(wù)都是在城鎮(zhèn)范圍以?xún)?nèi)，因此，面臨的雷擊風(fēng)險(xiǎn)較處于野外山區(qū)的移動(dòng)基站為小。如果完全按照郵電部關(guān)于移動(dòng)基站的防雷標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施防雷工程，其費(fèi)用巨大，且對(duì)于小靈通網(wǎng)絡(luò)而言，不具備性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)。為了提供小靈通基站的正常服務(wù)時(shí)間以及延長(zhǎng)設(shè)備的正常服役時(shí)間，在福建省小靈通的協(xié)助下，我們開(kāi)發(fā)了小靈通專(zhuān)用防雷箱，并順利通過(guò)了測(cè)試。現(xiàn)就將小靈通基站的防雷方案簡(jiǎn)述如下。
自古雷電災(zāi)害就給人類(lèi)帶來(lái)了許多慘痛的教訓(xùn)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)帶來(lái)了巨大的效益，同時(shí)超大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用于通訊系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，其超大規(guī)模集成電路卻越來(lái)越“嬌嫩”。雷電及過(guò)電壓很易通過(guò)各種途徑損壞設(shè)備、線路，或?qū)е孪到y(tǒng)軟故障！小靈通通信基站系統(tǒng)的雷電及過(guò)電壓保護(hù)，不僅僅是對(duì)設(shè)備、人員的保護(hù)，同時(shí)也保護(hù)了經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)利益和經(jīng)營(yíng)形象，并提高競(jìng)爭(zhēng)能力。
時(shí)代在變遷，科技在進(jìn)步，我們也需要用新的技術(shù)來(lái)防范雷電和過(guò)電壓帶來(lái)的巨大危害。
一、浪涌電壓產(chǎn)生的原因及可能入侵途徑
二、 雷電和過(guò)電壓防護(hù)對(duì)于小靈通基站的意義：
雷電和過(guò)電壓防護(hù)對(duì)于網(wǎng)吧的意義可以分為以下幾點(diǎn)：
1．保護(hù)設(shè)備財(cái)產(chǎn)
直接的雷擊會(huì)直接擊毀設(shè)備，甚至帶來(lái)人身傷害。這已經(jīng)是眾所周知的了。當(dāng)然雷擊不是每天發(fā)生的，也不一定會(huì)擊中某一個(gè)特定的網(wǎng)吧，那么防雷是否是可有可無(wú)的呢？當(dāng)然不是！一個(gè)中型閃電的直接影響范圍可以達(dá)到500-1000米，也就是說(shuō)，在閃電發(fā)生1000米范圍內(nèi)的所有線路均會(huì)受到LEMP（雷擊電磁脈沖輻射）的影響，LEMP可以直接擊毀設(shè)備，擊壞板卡元件，損傷CPU等，或者造成設(shè)備軟故障、死機(jī)、掉線等。當(dāng)基站離閃電發(fā)生點(diǎn)的距離很遠(yuǎn)時(shí)，比如5公里或更遠(yuǎn)，這時(shí)并不能代表基站不會(huì)受到影響！因?yàn)樘峁┙o基站的電源供電線路或者通信線路可能會(huì)經(jīng)過(guò)雷擊影響區(qū)，進(jìn)入基站的電源和通信網(wǎng)絡(luò)線路上帶有雷擊的巨大能量，仍然可以對(duì)基站設(shè)施造成損害。再者，由于小靈通基站的排列非常緊密，因此城市發(fā)生的每一次雷擊，均可能位于其中一個(gè)基站附近。即使每次雷擊不一定會(huì)當(dāng)場(chǎng)擊壞設(shè)備或引起設(shè)備停機(jī)等現(xiàn)象，但是每一次雷擊對(duì)于基站設(shè)備均是一次老化和考驗(yàn)，直至設(shè)備損壞。
2．減少維修費(fèi)用、降低維護(hù)成本
除了能量巨大的雷擊過(guò)電壓以外，生活中還有很多過(guò)電壓和干擾源存在，比如我們都知道的，日光燈啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上千伏的高壓，同樣空調(diào)機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等電器的馬達(dá)或壓縮機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò)電壓（包括距離很遠(yuǎn)的LEMP），這些過(guò)電壓不會(huì)一次性破壞設(shè)備，但是相當(dāng)于做老化實(shí)驗(yàn)一樣，它們不斷的沖擊設(shè)備，會(huì)造成設(shè)備的壽命縮短，或故障率增加，造成設(shè)備難以查清原因的軟故障。因此過(guò)電壓的保護(hù)對(duì)于減少維修費(fèi)用、降低維護(hù)成本有重大作用。
3．改善服務(wù)質(zhì)量、提高品牌優(yōu)勢(shì)。
用戶(hù)申請(qǐng)電話的一個(gè)重要的因素是線路服務(wù)質(zhì)量！沒(méi)有經(jīng)過(guò)浪涌電壓保護(hù)的小靈通通信系統(tǒng)比經(jīng)過(guò)浪涌電壓防護(hù)的小靈通通信系統(tǒng)更容易發(fā)生服務(wù)中斷等情況。減少通信系統(tǒng)發(fā)生服務(wù)中斷等故障，提高通信網(wǎng)工作的穩(wěn)定性，提高服務(wù)質(zhì)量，在用戶(hù)群中樹(shù)立口碑。
三、浪涌防護(hù)原理和措施
由于小靈通基站一般處于IEC防雷分區(qū)的0A區(qū)，弱電防雷和過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)主要是為保護(hù)設(shè)備的安全而設(shè)置的。通過(guò)在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝適合的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體，將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。
（一） 電源系統(tǒng)浪涌電壓保護(hù)原理和小靈通電源防雷箱的原理
按照國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的要求，電源防雷應(yīng)按照分級(jí)防雷設(shè)計(jì)。其效果如右圖所示：經(jīng)過(guò)二級(jí)防雷以后，雷擊電壓降低到對(duì)標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備沒(méi)有損害的的水平，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的作用。
根據(jù)小靈通的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的小靈通專(zhuān)用防雷箱PPS-II/1MV按照下述原則工作：
1、 當(dāng)雷擊電流小于10KA時(shí)，小靈通專(zhuān)用防雷箱PPS-II/1MV一般防雷箱工作方式工作，將雷電流泄放到大地，并將電壓限制在1800V以?xún)?nèi)。
2、 當(dāng)雷擊電流超過(guò)10KA時(shí)，PPS-II/1MV的防雷熔斷系統(tǒng)啟動(dòng)，中斷基站的供電電路，采用斷開(kāi)式保護(hù)法保護(hù)基站設(shè)備。
如果雷擊過(guò)大，單純一級(jí)防雷將會(huì)導(dǎo)致殘壓升高，因此雖然我們采用的是20KA的防雷器材，但不允許雷擊電壓超過(guò)10KA。
3、 兩種工作方式互相補(bǔ)充，達(dá)到最佳的性能價(jià)格比和保護(hù)效果。
（二）有線與無(wú)線通信的保護(hù)
有線通訊線路一般采用通信專(zhuān)線或光纖。遭受雷擊的主要原因除直接遭受雷擊外還有建筑物外通過(guò)傳輸線路引入和1公里范圍內(nèi)發(fā)生雷擊時(shí)的感應(yīng)雷擊。因此對(duì)于通信系統(tǒng)的保護(hù)的典型設(shè)備選擇要根據(jù)實(shí)際情況采用針對(duì)性的防雷器
幀中繼或PCM線路：RJ45-V11EI/4S – 對(duì)于其他有線通信線路采用相應(yīng)的防雷器
光纜回路：無(wú)需額外的SPD保護(hù)
對(duì)通信防雷器的要求：
反應(yīng)速度快 10-12秒級(jí)（ 如采用SIDACtor等）
通流容量 > 3KA
（三）接地系統(tǒng)
接地系統(tǒng)是雷擊保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、靜電保護(hù)等的基礎(chǔ)，而且良好的接地系統(tǒng)可以使設(shè)備的工作和數(shù)據(jù)的傳輸更為可靠。應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取有效的接地措施，最好采用綜合接地網(wǎng)連接。對(duì)于地線不良的地方，應(yīng)該予以整改，無(wú)條件整改的應(yīng)做接零保護(hù)。
四、 小靈通的防雷方案：
最佳的保護(hù)方式是選擇一體化小靈通專(zhuān)用防雷箱 + 天饋保護(hù)，當(dāng)然也可以選擇分立選配防雷方案
五、 選用產(chǎn)品性能簡(jiǎn)介
設(shè)計(jì)依據(jù)
1、部標(biāo)YD
2、國(guó)標(biāo)GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》
3、國(guó)標(biāo)GB 64-83《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》
4、國(guó)標(biāo)GB 50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》
5、《Protection of Structures against Lighting》IEC1024-1:1993
6、《Protection against lighting electromagnetic impulse》雷電電磁脈沖的防護(hù) IEC 61312-1-2-3 ：1995-02
7、《Insulation coordination for equipment within low-voltage systems》 IEC664-1:1992-02
8、《Electrical installations of buildings》IEC 364-4：1993-02
隨著小靈通技術(shù)的發(fā)展愈來(lái)愈成熟，加上單向收費(fèi)、話費(fèi)低廉的優(yōu)勢(shì)，小靈通在內(nèi)地的西安、昆明、蘭州等六十多座城市陸續(xù)開(kāi)通，一度炙手可熱。作為固定電話網(wǎng)的一種延伸，是移動(dòng)網(wǎng)的補(bǔ)充。并且對(duì)移動(dòng)網(wǎng)形成巨大的競(jìng)爭(zhēng)。由于小靈通的服務(wù)都是在城鎮(zhèn)范圍以?xún)?nèi)，因此，面臨的雷擊風(fēng)險(xiǎn)較處于野外山區(qū)的移動(dòng)基站為小。如果完全按照郵電部關(guān)于移動(dòng)基站的防雷標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施防雷工程，其費(fèi)用巨大，且對(duì)于小靈通網(wǎng)絡(luò)而言，不具備性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)。為了提供小靈通基站的正常服務(wù)時(shí)間以及延長(zhǎng)設(shè)備的正常服役時(shí)間，在福建省小靈通的協(xié)助下，我們開(kāi)發(fā)了小靈通專(zhuān)用防雷箱，并順利通過(guò)了測(cè)試。現(xiàn)就將小靈通基站的防雷方案簡(jiǎn)述如下。
自古雷電災(zāi)害就給人類(lèi)帶來(lái)了許多慘痛的教訓(xùn)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)帶來(lái)了巨大的效益，同時(shí)超大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用于通訊系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，其超大規(guī)模集成電路卻越來(lái)越“嬌嫩”。雷電及過(guò)電壓很易通過(guò)各種途徑損壞設(shè)備、線路，或?qū)е孪到y(tǒng)軟故障！小靈通通信基站系統(tǒng)的雷電及過(guò)電壓保護(hù)，不僅僅是對(duì)設(shè)備、人員的保護(hù)，同時(shí)也保護(hù)了經(jīng)營(yíng)者的經(jīng)濟(jì)利益和經(jīng)營(yíng)形象，并提高競(jìng)爭(zhēng)能力。
時(shí)代在變遷，科技在進(jìn)步，我們也需要用新的技術(shù)來(lái)防范雷電和過(guò)電壓帶來(lái)的巨大危害。
一、浪涌電壓產(chǎn)生的原因及可能入侵途徑
二、 雷電和過(guò)電壓防護(hù)對(duì)于小靈通基站的意義：
雷電和過(guò)電壓防護(hù)對(duì)于網(wǎng)吧的意義可以分為以下幾點(diǎn)：
1．保護(hù)設(shè)備財(cái)產(chǎn)
直接的雷擊會(huì)直接擊毀設(shè)備，甚至帶來(lái)人身傷害。這已經(jīng)是眾所周知的了。當(dāng)然雷擊不是每天發(fā)生的，也不一定會(huì)擊中某一個(gè)特定的網(wǎng)吧，那么防雷是否是可有可無(wú)的呢？當(dāng)然不是！一個(gè)中型閃電的直接影響范圍可以達(dá)到500-1000米，也就是說(shuō)，在閃電發(fā)生1000米范圍內(nèi)的所有線路均會(huì)受到LEMP（雷擊電磁脈沖輻射）的影響，LEMP可以直接擊毀設(shè)備，擊壞板卡元件，損傷CPU等，或者造成設(shè)備軟故障、死機(jī)、掉線等。當(dāng)基站離閃電發(fā)生點(diǎn)的距離很遠(yuǎn)時(shí)，比如5公里或更遠(yuǎn)，這時(shí)并不能代表基站不會(huì)受到影響！因?yàn)樘峁┙o基站的電源供電線路或者通信線路可能會(huì)經(jīng)過(guò)雷擊影響區(qū)，進(jìn)入基站的電源和通信網(wǎng)絡(luò)線路上帶有雷擊的巨大能量，仍然可以對(duì)基站設(shè)施造成損害。再者，由于小靈通基站的排列非常緊密，因此城市發(fā)生的每一次雷擊，均可能位于其中一個(gè)基站附近。即使每次雷擊不一定會(huì)當(dāng)場(chǎng)擊壞設(shè)備或引起設(shè)備停機(jī)等現(xiàn)象，但是每一次雷擊對(duì)于基站設(shè)備均是一次老化和考驗(yàn)，直至設(shè)備損壞。
2．減少維修費(fèi)用、降低維護(hù)成本
除了能量巨大的雷擊過(guò)電壓以外，生活中還有很多過(guò)電壓和干擾源存在，比如我們都知道的，日光燈啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上千伏的高壓，同樣空調(diào)機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等電器的馬達(dá)或壓縮機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò)電壓（包括距離很遠(yuǎn)的LEMP），這些過(guò)電壓不會(huì)一次性破壞設(shè)備，但是相當(dāng)于做老化實(shí)驗(yàn)一樣，它們不斷的沖擊設(shè)備，會(huì)造成設(shè)備的壽命縮短，或故障率增加，造成設(shè)備難以查清原因的軟故障。因此過(guò)電壓的保護(hù)對(duì)于減少維修費(fèi)用、降低維護(hù)成本有重大作用。
3．改善服務(wù)質(zhì)量、提高品牌優(yōu)勢(shì)。
用戶(hù)申請(qǐng)電話的一個(gè)重要的因素是線路服務(wù)質(zhì)量！沒(méi)有經(jīng)過(guò)浪涌電壓保護(hù)的小靈通通信系統(tǒng)比經(jīng)過(guò)浪涌電壓防護(hù)的小靈通通信系統(tǒng)更容易發(fā)生服務(wù)中斷等情況。減少通信系統(tǒng)發(fā)生服務(wù)中斷等故障，提高通信網(wǎng)工作的穩(wěn)定性，提高服務(wù)質(zhì)量，在用戶(hù)群中樹(shù)立口碑。
三、浪涌防護(hù)原理和措施
由于小靈通基站一般處于IEC防雷分區(qū)的0A區(qū)，弱電防雷和過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)主要是為保護(hù)設(shè)備的安全而設(shè)置的。通過(guò)在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝適合的避雷器，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體，將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。
（一） 電源系統(tǒng)浪涌電壓保護(hù)原理和小靈通電源防雷箱的原理
按照國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的要求，電源防雷應(yīng)按照分級(jí)防雷設(shè)計(jì)。其效果如右圖所示：經(jīng)過(guò)二級(jí)防雷以后，雷擊電壓降低到對(duì)標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備沒(méi)有損害的的水平，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的作用。
根據(jù)小靈通的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的小靈通專(zhuān)用防雷箱PPS-II/1MV按照下述原則工作：
1、 當(dāng)雷擊電流小于10KA時(shí)，小靈通專(zhuān)用防雷箱PPS-II/1MV一般防雷箱工作方式工作，將雷電流泄放到大地，并將電壓限制在1800V以?xún)?nèi)。
2、 當(dāng)雷擊電流超過(guò)10KA時(shí)，PPS-II/1MV的防雷熔斷系統(tǒng)啟動(dòng)，中斷基站的供電電路，采用斷開(kāi)式保護(hù)法保護(hù)基站設(shè)備。
如果雷擊過(guò)大，單純一級(jí)防雷將會(huì)導(dǎo)致殘壓升高，因此雖然我們采用的是20KA的防雷器材，但不允許雷擊電壓超過(guò)10KA。
3、 兩種工作方式互相補(bǔ)充，達(dá)到最佳的性能價(jià)格比和保護(hù)效果。
（二）有線與無(wú)線通信的保護(hù)
有線通訊線路一般采用通信專(zhuān)線或光纖。遭受雷擊的主要原因除直接遭受雷擊外還有建筑物外通過(guò)傳輸線路引入和1公里范圍內(nèi)發(fā)生雷擊時(shí)的感應(yīng)雷擊。因此對(duì)于通信系統(tǒng)的保護(hù)的典型設(shè)備選擇要根據(jù)實(shí)際情況采用針對(duì)性的防雷器
幀中繼或PCM線路：RJ45-V11EI/4S – 對(duì)于其他有線通信線路采用相應(yīng)的防雷器
光纜回路：無(wú)需額外的SPD保護(hù)
對(duì)通信防雷器的要求：
反應(yīng)速度快 10-12秒級(jí)（ 如采用SIDACtor等）
通流容量 > 3KA
（三）接地系統(tǒng)
接地系統(tǒng)是雷擊保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、靜電保護(hù)等的基礎(chǔ)，而且良好的接地系統(tǒng)可以使設(shè)備的工作和數(shù)據(jù)的傳輸更為可靠。應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取有效的接地措施，最好采用綜合接地網(wǎng)連接。對(duì)于地線不良的地方，應(yīng)該予以整改，無(wú)條件整改的應(yīng)做接零保護(hù)。
四、 小靈通的防雷方案：
最佳的保護(hù)方式是選擇一體化小靈通專(zhuān)用防雷箱 + 天饋保護(hù)，當(dāng)然也可以選擇分立選配防雷方案
五、 選用產(chǎn)品性能簡(jiǎn)介
設(shè)計(jì)依據(jù)
1、部標(biāo)YD
2、國(guó)標(biāo)GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》
3、國(guó)標(biāo)GB 64-83《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》
4、國(guó)標(biāo)GB 50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》
5、《Protection of Structures against Lighting》IEC1024-1:1993
6、《Protection against lighting electromagnetic impulse》雷電電磁脈沖的防護(hù) IEC 61312-1-2-3 ：1995-02
7、《Insulation coordination for equipment within low-voltage systems》 IEC664-1:1992-02
8、《Electrical installations of buildings》IEC 364-4：1993-02
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